CN114234785A - 基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，包括以下步骤：S1、基于电磁感应原理，在接管角焊缝表面建立梯度场；S2、使用检测探头贴附在接管角焊缝表面附近；S3、在影像屏上建立坐标系，令坐标系的Y轴方向与梯度场的电流方向相一致，令坐标系的X轴方向与接管角焊缝表面相平行，令坐标系的Z轴方向与接管角焊缝表面相垂直；S4、控制检测探头对接管角焊缝表面进行扫查，扫查过程中，接管角焊缝表面的缺陷以及近表面缺陷会对梯度场进行扰动；S5、将梯度场中电流的扰动方向以及梯度场的扰动轮廓在影像屏的坐标系中显示出来，通过观察影像屏即可得到接管角焊缝的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及金属检测领域，尤其涉及基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法。
背景技术
在石油化工生产或者电力行业中，经常需要对设备部件进行无损探伤操作，以保障设备的使用安全性和长周期运行；然而，设备的焊接接头往往是金属设备的最薄弱部位，存在一定的腐蚀裂纹、焊缝根部腐蚀等状况，尤其小接管的焊缝最容易出现问题，也是检测的薄弱环节，使用常规方法进行检测前需要全部去除金属部件表面的腐蚀层，其检测时间较长，检测效果不理想，严重影响了金属部件的检测效率和效果；因此，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、提高检测准确率的基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1、基于电磁感应原理，在接管角焊缝表面建立梯度场；
S2、使用检测探头贴附在接管角焊缝表面附近；
S3、在影像屏上建立坐标系，令坐标系的Y轴方向与梯度场的电流方向相一致，令坐标系的X轴方向与接管角焊缝表面相平行，令坐标系的Z轴方向与接管角焊缝表面相垂直；
S4、控制检测探头对接管角焊缝表面进行扫查，扫查过程中，接管角焊缝表面的缺陷以及近表面缺陷会对梯度场进行扰动；
S5、将梯度场中电流的扰动方向以及梯度场的扰动轮廓在影像屏的坐标系中显示出来，通过观察影像屏即可得到接管角焊缝的检测结果。
进一步的，所述步骤S2中，检测探头上设置有远程控制输入端口并通过远程控制输入端口与控制器连接。
进一步的，所述步骤S2中，检测探头的检测面设置有若干个传感器且若干个传感器呈阵列状排列。
进一步的，所述步骤S4中，检测探头在接管角焊缝表面的扫查速度为5～150mm/s。
进一步的，所述步骤S5中，影像屏与检测探头通过探头线缆相连接，探头线缆长度不大于200m。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过采用FGI技术进行接管角焊缝表面检测操作；FGI技术基于电磁感应原理，在导体表面建立梯度场，通过接管角焊缝表面、近表面缺陷的尖角和轮廓对梯度场的扰动，来精确测量缺陷部位的三维尺寸信息；其操作简单，不需要去除接管角焊缝表面的腐蚀层，有效提高了金属缺陷的检测效率；并且FGI技术采用的是交变电流，对于铁磁性材料具有趋肤效应，通过外加一定的直流磁化场将接管角焊缝局部磁化至饱和状态，可有效降低接管角焊缝的相对磁导率，进而增加梯度场电流的渗透深度，从而有效提高了金属缺陷的检测精度，进一步提高了本发明的使用效果。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本实施例公开了一种基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1、基于电磁感应原理，在接管角焊缝表面建立梯度场；
S2、使用检测探头贴附在接管角焊缝表面附近；
S3、在影像屏上建立坐标系，令坐标系的Y轴方向与梯度场的电流方向相一致，令坐标系的X轴方向与接管角焊缝表面相平行，令坐标系的Z轴方向与接管角焊缝表面相垂直；
S4、控制检测探头对接管角焊缝表面进行扫查，扫查过程中，接管角焊缝表面的缺陷以及近表面缺陷会对梯度场进行扰动；
S5、将梯度场中电流的扰动方向以及梯度场的扰动轮廓在影像屏的坐标系中显示出来，通过观察影像屏即可得到接管角焊缝的检测结果。
FGI(Field Gradient Imaging)场梯度成像技术，是一项裂纹检测及安全评估、评价的新技术，可以瞬时检测成像，反映出裂纹的方向、深度和长度信息。FGI是集电磁阵列(EMA)、增强型交流场测量(ACFM+)、典型涡流相位阻抗(ECT)、C扫描等技术于一体的非接触式场梯度成像技术，可用于各种复杂结构或焊缝的表面、近表面缺陷(裂纹、腐蚀坑)检测，无需去除工件表面涂层或防腐层，可高温500℃在线不停机测量，单次扫描即可完成裂纹长度和深度的精确测量。
FGI技术基于电磁感应原理，在导体表面建立梯度场(电场和磁场)，通过测量导体表面、近表面缺陷(裂纹、腐蚀坑)的尖角和轮廓对梯度场的扰动，来精确测量缺陷的三维尺寸信息。
FGI技术采用的是交变电流，对于铁磁性材料具有趋肤效应，通过外加一定的直流磁化场将工件局部磁化至饱和状态，可有效降低工件的相对磁导率至常数，进而增加梯度场电流的渗透深度，提高检测深度。
本发明可检测铁磁性和非铁磁性等一切导电材料；检测温度范围为：-20～500℃，可以500℃高温在线不停机检测焊缝表面、近表面缺陷；同时无需去除表面涂层、腐蚀层，探头的探测面与金属表面之间的距离最大可至10mm；
本发明的检测探头采用多维阵列传感器，适应各种特殊结构焊缝：如对接焊缝、搭接焊缝，角焊缝、K型焊缝等；其扫查速度为：5～150mm/s；探头内置电池和充电器，工作至少8小时；同时探头具有远程控制/编码器输入接口与控制器连接，其探头线缆最长200m，可用于海下作业、高空平台悬吊绳作业；
检测探头可以用高精度笔式探头(LCP611)、标准板式阵列探头(LCP240)，也可以设计成任何形状轮廓的探头，可以适应任何复杂的工件，被广泛用于海洋平台、石油化工、起重机械、游乐设施、电力、核电、铁路、造船、交通、航空、冶金等行业各种焊接结构，如平板/容器/管道对接焊缝、T型焊缝、接管角焊缝、管座角焊缝等。
下面将本发明中的检测方法与其他检测方法进行实验比较：
1、FGI技术检测与磁粉检测、相控阵检测进行对比；
采用碳钢试板，焊缝熔合线上有一条表面裂纹，肉眼不可见；
经磁粉检测后，发现一条长22mm左右的裂纹。
采用FGI技术在非去除油漆情况下检测出裂纹缺陷，并测得裂纹深度为4.8mm，长度为21.8mm。
采用相控阵检测对碳钢试板进行检测，结果为：裂纹深度为4.6mm，与FGI技术检测结果基本一致。
2、高温埋藏裂纹检测；
采用碳钢钢板，壁厚6mm，在一侧加工电火花刻槽，相当于埋藏缺陷1～3mm。使用高温喷枪进行加热，在钢板另一侧进行检测；FGI技术在353℃下依次将缺陷检出。
3、高温在线不停机检测案例；
采用FGI技术对某电厂蒸汽管道焊缝表面裂纹进行高温在线不停机检测，总共检测了465个焊缝，主要是弯头两侧焊缝，部分涉及法兰、三通等焊缝。材质有Q345B和15CrMoG；管径从Φ194mm到Φ1220mm有14种规格；管道设计温度315℃和450℃，管道表面温度约290℃和390℃；管道表面有很严重的锈蚀，检测时未打磨，焊缝表面存在焊接残留物，飞溅，焊瘤等。
实验结论：
FGI技术是集电磁阵列、交流场测量、典型涡流相位阻抗、三维尺寸测量、C扫描等无损检测技术于一体的非接触式场梯度3D成像技术，可检测碳钢、合金钢、奥氏体不锈钢、铸铁、铜、钛、铝等一切导电材料；可用于各种复杂金属结构或焊缝的表面、近表面缺陷(裂纹、腐蚀坑)检测，无需去除工件表面涂层或防腐层，探头提离可达10mm，可高温(500℃)在线不停机测量管道、容器接管角焊缝的表面、近表面裂纹；单次扫描即可完成裂纹长度和深度的精确测量，有效提高了接管角焊缝缺陷的检测效率，同时提高了接管角焊缝缺陷检测的准确性，其具有很好的市场推广前景。
Claims (5)
1.基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、基于电磁感应原理，在接管角焊缝表面建立梯度场；
S2、使用检测探头贴附在接管角焊缝表面附近；
S3、在影像屏上建立坐标系，令坐标系的Y轴方向与梯度场的电流方向相一致，令坐标系的X轴方向与接管角焊缝表面相平行，令坐标系的Z轴方向与接管角焊缝表面相垂直；
S4、控制检测探头对接管角焊缝表面进行扫查，扫查过程中，接管角焊缝表面的缺陷以及近表面缺陷会对梯度场进行扰动；
S5、将梯度场中电流的扰动方向以及梯度场的扰动轮廓在影像屏的坐标系中显示出来，通过观察影像屏即可得到接管角焊缝的检测结果。
2.如权利要求1所述的基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，检测探头上设置有远程控制输入端口并通过远程控制输入端口与控制器连接。
3.如权利要求2所述的基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，检测探头的检测面设置有若干个传感器且若干个传感器呈阵列状排列。
4.如权利要求3所述的基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，检测探头在接管角焊缝表面的扫查速度为5～150mm/s。
5.如权利要求4所述的基于场梯度成像的接管角焊缝表面、近表面裂纹检测方法，其特征在于：所述步骤S5中，影像屏与检测探头通过探头线缆相连接，探头线缆长度不大于200m。
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